Необычный симбиоз: ученые решили загадку появления сложной жизни

04 сентября 2020 | 11:31

Ученые Университета Макгилла в Канаде выяснили, как бактерии и муравьи-плотники стали зависеть друг от друга, став своего рода единым сложным организмом. 

О решении одной из загадок развития жизни сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature.

Оказалось, что микроорганизмы изменяли развитие эмбрионов насекомых, делая симбиоз осуществимым. 

По оценкам, симбиотические взаимоотношения между бактерией Blochmannia и муравьями трибы Camponotini появились 41 миллион лет назад. Разновидность симбиотических взаимоотношений, при которых каждый из двух видов не может существовать без другого, при этом один из них живет в организме второго, называется облигатным эндосимбиозом. Бактерии, обитающие в клетках муравья, помогают насекомому усваивать питательные вещества, влияя на его размер. Муравьи, в свою очередь, обеспечивают микроорганизмам защиту от внешней среды. Однако развитие облигатного эндосимбиоза до сих пор являлось загадкой для биологов.

Внутри яйцеклеток самок муравьев вида Camponotus floridanus располагается зародышевая плазма — участок цитоплазмы, который определяет развитие клеток зародышевых линий, из которых затем при формировании эмбриона образуются новые яйцеклетки или сперматозоиды. В зародышевой плазме содержится РНК и белки, которые кодируют «гены зародышевой линии». Зародышевая плазма окружена бактериями Blochmannia, и ученые заподозрили, что микроорганизмы как-то влияют на этот участок цитоплазмы.

Оказалось, что при превращении яйцеклетки в зиготу РНК и белки, содержащиеся в зародышевой плазме, распределяются по четырем зонам, что никогда не наблюдалось у других видов муравьев. Ученые пришли к выводу, что эти зоны играют разные роли в интеграции Blochmannia внутрь C.floridanus в ходе эмбриогенеза. В этих зонах также присутствуют продукты Hox-генов, которые в норме определяют брюшные и грудные сегменты после их образования, однако в данном случае они также влияют на развитие клеток зародышевой линии.

Способность к распределению РНК и белков возникла до формирования облигатного эндосимбиоза. До того как бактерии и муравьи сформировали своеобразный суперорганизм, зон было всего лишь две. Это эволюционно совпадает с существовавшим экологическим мутуализмом (взаимовыгодном сосуществовании) между обоими видами организмов. Впоследствии бактерии использовали эту способность для дальнейшей интеграции, способствуя радикальной перестройке зародышевой плазмы.

Ученые считают, что подобные постепенные изменения могут происходить и в других случаях появления сложных организмов, включая многоклеточных существ.

Как сообщал Realist, ранее американские ученые оживили древние микроорганизмы, которых достали со дна океана. Микробы вновь начали размножаться после того, как их поместили в питательную среду.